Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Другое / Конспекты / Конспект лекции "Газообмен в четырехтактном дизеле"

Конспект лекции "Газообмен в четырехтактном дизеле"


До 7 декабря продлён приём заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)

  • Другое

Поделитесь материалом с коллегами:

Процесс газообмена. Газообмен в четырехтактном дизеле.

Процесс газообмена (наполнения). Физические основы. Критерии оценки газообмена (наполнения)

Общие сведения. Для осуществления рабочего цикла необходимо после завершения процесса расширения удалить из цилиндра продукты сгорания и заполнить его к началу сжатия зарядом свежего воздуха. Эти задачи решаются в процессе газообмена. Схема газовоздушного тракта двигателя с наддувом и обозначения параметров воздуха и газов в отдельных его элементах показаны на рис. 10.2.

Параметры воздуха и газов на выпуске и впуске. Заданную степень форсирования рабочего процесса обусловливает давление наддува ps, которое представляет собой давление воздуха в ресивере непосредственно перед впускными органами. Давление воздуха pk создаваемое наддувочными агрегатами (см. рис. 10.2), должно быть выше давления hello_html_me05305.gif на значение сопротивления воздухоохладителя Δp=0.002-0.004 МПа. В свою очередь pk= p0πk, (где πk — степень повышения давления в наддувочных агрегатах). В двигателе без наддува давление воздуха перед цилиндром определяется давлением окружающей среды.

Среднее давление газов за цилиндром (в выпускном патрубке) hello_html_m2e712796.gif или hello_html_6ddbc7d6.gif в двигателях с наддувом находится в прямой зависимости от давления воздуха перед цилиндром (в ресивере) hello_html_me05305.gif и сопротивления продувочно-выпускного тракта цилиндра, в основном определяемого сопротивлением продувочно-выпускных окон или клапанов

hello_html_2b9edc0a.gif(10.5)

где hello_html_72c0c169.gif коэффициент потери давления (для двухтактных дизелей hello_html_3438e05.gif).

В отличие от двухтактных двигателей, в которых давление hello_html_me05305.gif всегда больше hello_html_6ddbc7d6.gif, четырехтактные могут работать с разными соотношениями давлений. В большинстве случаев hello_html_m5083090f.gif, но в целях повышения мощности турбины не исключена возможность работы при hello_html_m62a6222c.gif.

В двигателях с выпуском в атмосферу давление hello_html_6ddbc7d6.gif зависит от сопротивлений выпускного трубопровода утилизационного котла и глушителя шума на выпуске и лежит в пределах абсолютного давления hello_html_m1f8aaeef.gif Такое же давление характеризует условия в выпускном трубопроводе за турбиной в двигателе с газотурбонагнетателем (ГТН).

Температура наддувочного воздуха

hello_html_m2866ba02.gif (10.6)

где hello_html_5bf1799.gifтемпература окружающего воздуха, °С; hello_html_a696053.gif степень повышения давления в наддувочных агрегатах;

hello_html_605b3ac.gifпоказатель политропы сжатия воздуха в нагнетателе (для центробежных нагнетателей hello_html_6609f7dc.gif для поршневых насосов hello_html_fbe0c34.gif)

В современных дизелях Tk достигает 140°С.

Температура воздуха перед цилиндром ресивере) Ts (после сжатия в наддувочных агрегатах воздух обычно направляется в воздухоохладитель и лишь, затем поступает в ресивер)

hello_html_1cfa0a5d.gif (10.7)

где hello_html_257cb3f1.gif температура забортной воды на входе в воздухоохладитель, °С.

В двигателях без наддува температура воздуха перед цилиндрами определяется температурой охлаждающей среды Т0.

Газообмен в четырехтактном дизеле. На газообмен в четырехтактном цикле отводятся два хода поршня. В действительности для более полной очистки цилиндра от продуктов сгорания и лучшего наполнения свежим воздухом впускные и выпускные клапаны, как это видно из диаграммы газораспределения (рис. 10.5), приходится открывать раньше, а закрывать позже. В итоге продолжительность газообмена занимает более двух ходов поршня и состоит из следующих периодов: свободного выпуска bb выпуска br продувки r"rr' наполнения rа' и дозарядки а'а.

Для более подробного ознакомления с процессами газообмена рассмотрим рис. 10.6, на котором приведены кривые изменения давлений в цилиндре hello_html_7f1e8f0a.gif, в выпускном патрубке hello_html_6ddbc7d6.gif и в ресивере hello_html_me05305.gifв функции угла поворота коленвала. Здесь же нанесены моменты открытия и закрытия клапанов.

Свободный выпуск начинается в момент открытия выпускного клапана, осуществляемого за 20—50° п. к. в. до прихода поршня в НМТ, поэтому расширение газов в цилиндре заканчивается ранее — в точке b. Давление в цилиндре в этот момент равно 0,88 МПа, а давление в выпускном патрубке — 0,16 МПа. Столь значительная разница способствует тому, что, несмотря на продолжающееся движение поршня вниз, газы с большой скоростью устремляются из цилиндра в выпускной патрубок. Из-за малого объема патрубка и выпускного тракта, по которому газ направляется к газовой турбине, давление в нем резко поднимается и возникает импульс давления (на рисунке отмечен цифрой 1). Продолжительность свободного выпуска bb' приблизительно соответствует углу предварения открытия выпускного клапана hello_html_m2a271ea4.gif (см. рис. 10.5).hello_html_22bea71f.png

Выпуск условно начинается в НМТ и продолжается в течение всего хода поршня к ВМТ. В начальной фазе восходящего движения поршня эффект выталкивания невелик, так как около мертвой точки мала скорость поршня, и истечение из цилиндра происходит в основном вследствие перепада давлений (рц рт). В дальнейшем скорость поршня увеличивается, в средней части достигает максимума, растет и масса выталкиваемого газа. Это приводит к вторичному повышению давления (цифра 2, см. рис. 10.6) в выпускном патрубке, на которое существенно влияет также первый импульс давления.

В силу увеличивающегося сопротивления истечению газа из цилиндра падение давления в нем в это время замедляется. Изменение массы заключенного в цилиндре газа характеризуется кривой Gцг.

Продувка начинается с открытием впускного клапана (ориентировочно за 30—50° п. к. в. до прихода поршня в ВМТ) — r" и заканчивается в момент закрытия выпускного клапана (40-70° п.к.в. за ВМТ) — r'. К моменту полного открытия выпускного клапана давление рц оказывается равным, а затем и ниже давления воздуха в ресивере ps — точка 3, благодаря чему он получает возможность поступать в цилиндр, несмотря на продолжающееся движение поршня вверх. Давление в выпускном патрубке pт еще ниже (рт< рцs); оставшиеся в камере сжатия газы вытесняются воздухом и уходят вместе с ним в выпускной тракт. Падение давления в цилиндре и выпускном патрубке продолжается на протяжении всего периода продувки, и разность давлений hello_html_12055d3a.gif наибольшего значения (4) достигает в то время, когда поршень, двигаясь вниз, приобретает максимальную скорость. Это способствует еще большему поступлению воздуха в камеру сжатия и ее продувке.

Благодаря продувке обеспечивается возможность заполнения воздухом не только объема цилиндра, описываемого ходом поршня, но и объема камеры сжатия. Наличие периода продувки способствует также снижению температур стенок камеры, выпускного клапана и его седла, температуры выпускных газов, а это положительно сказывается на ресурсе газовой турбины.

Поэтому в двигателях с высоким наддувом, где проблема теплонапряженности особенно остра, идут на увеличение фазы перекрытия клапанов: в отдельных двигателях она достигает 150° п. к. в.

Наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха фактически начинается вблизи ВМТ и вначале, до закрытия выпускного клапана — r', протекает одновременно с продувкой. Окончание наполнения совпадает с приходом поршня в НМТ.

После закрытия выпускного клапана значение и характер изменения давления в выпускном тракте несущественны. Не оказывает влияния и то обстоятельство, что к патрубку в этот момент подходит волна давления (5), возникшая благодаря начавшемуся свободному выпуску и появлению импульса давления в цилиндре, объединенном с рассматриваемым общим выпускным трактом.

К окончанию наполнения давление в цилиндре рц поднимается и достигает значения ps.

Дозарядка продолжается от НМТ, и, хотя поршень пошел вверх, воздух продолжает поступать через открытый клапан в цилиндр вследствие отсасывающего действия столба движущегося по инерции по впускному тракту воздуха, а также вследствие существования положительной разности рs - рц. В последней фазе дозарядки из-за движения поршня вверх давление в цилиндре рц начинает расти, несмотря на все еще открытый впускной клапан. Здесь сказывается дросселирование воздуха в уменьшающейся щели под клапаном (поскольку он начал закрываться). С закрытием впускного клапана (а) дозарядка и газообмен завершаются. Общая продолжительность газообмена четырехтактного двигателя составляет 400—500° п. к. в.


Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. 2010 г.и. Стр. 20-30

Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. 2008 г.и. Стр. 27-38

Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация - 1990 г.и. Стр. 200-204



57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)

Автор
Дата добавления 27.11.2015
Раздел Другое
Подраздел Конспекты
Просмотров218
Номер материала ДВ-199832
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх